Chiếu ánh sáng nhìn thấy vào chất nào sau đây có thể gây ra hiện tượng quang điện trong?

1. Chất quang dẫn và hiện tượng quang điện trong

a. Chất quang dẫn

Là chất bán dẫn có tính chất cách điện khi không bị chiếu sáng và trở thành dẫn điện khi bị chiếu sáng.

b. Hiện tượng quang điện trong

 Giải thích hiện tượng quang dẫn:

+ Khi không bị chiếu sáng, các electron trong chất quang dẫn liên kết với các nút mạng tinh thể và hầu như không có electron tự do. Khi bị chiếu sáng, mỗi phôtôn của ánh sáng kích thích sẽ truyền toàn bộ năng lượng cho một electron liên kết làm cho electron giải phóng ra khỏi liên kết trở thành electron tự do đồng thời để lại một lỗ trống. Cả electron và lỗ trống đều tham gia vào quá trình dẫn điện nên chất nói trên trở nên dẫn điện tốt.

$\Rightarrow$ Hiện tượng ánh sáng (hoặc bức xạ điện từ) giải phóng các êlectron liên kết để chúng trở thành các êlectron dẫn đồng thời giải phóng các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện gọi là hiện tượng quang điện trong.

2. Quang điện trở

+ Nguyên lí: Người ta phủ lên trên đế cách điện (1) (bằng thủy tinh hay bằng chất dẻo) một lớp bán dẫn mỏng (2), bề dày chừng 20 $÷$ 30 µm (như chì sunfua hay cađimi sunfua). Từ hai đầu của lớp bán dẫn, người ta làm các điện cực (3) bằng kim loại và dẫn ra ngoài bằng các dây dẫn (4) ; mạch ngoài nối với điện kế (5), một điện trở tải R và nguồn điện (6). Khi cường độ ánh sáng chiếu vào quang điện trở thay đổi, thì cường độ dòng điện trong mạch cũng thay đổi và hiệu điện thế hai đầu điện trở tải R cũng thay đổi, phù hợp với sự biến thiên của cường độ ánh sáng.

+ Là một điện trở làm bằng chất quang dẫn.

Cấu tạo gồm một sợi dây bằng chất quang dẫn gắn trên một đế cách điện.

Điện trở có thể thay đổi từ vài MΩ → vài chục Ω khi được chiếu sáng thích hợp.

3. Pin quang điện

a. Khái niệm: Là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng. Hiệu suất trên dưới 10%.

b. Cấu tạo:

+ Pin có một tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p, trên cùng là một lớp kim loại rất mỏng. Dưới cùng là một đế kim loại. Các kim loại này đóng vai trò các điện cực trơ.

+ Giữa p và n hình thành một lớp tiếp xúc p − n. Lớp này ngăn không cho e khuếch tán từ n sang p và lỗ trống khuyếch tán từ p sang n → gọi là lớp chặn.

+ Khi chiếu ánh sáng có $\lambda \le {\lambda }_0$ sẽ gây ra hiện tượng quang điện trong. Êlectron đi qua lớp chặn xuống bán dẫn n, lỗ trống bị giữ lại. Kết quả là điện cực kim loại mỏng ở trên nhiễm điện (+) và trở thành điện cực (+) của pin, còn đế kim loại nhiễm điện (−) và trở thành điện cực (−) của pin.

+ Suất điện động của pin quang điện từ 0,5 V → 0,8 V.

c. Ứng dụng

Pin quang điện đã trở thành nguồn cung cấp điện năng cho các vùng sâu, vùng xa ở nước ta, trên các vệ tinh nhân tạo, con tàu vũ trụ, trong các máy đo ánh sáng, máy tính bỏ túi,...

Ví dụ:

- Pin mặt trời

- Thiết bị trong máy tính bỏ túi